Способы применения метанола, как топлива в дизелях. сравнительная оценка способов

Эмульсии спиртов в дизельных топливах - наиболее простой способ использования метанола в дизелях. Особенностью эмульсий является необходимость в наличии эмульсификатора, который расширяет пределы допустимого содержания воды в метаноле, по сравнению с растворами без эмульсификаторов. Главными недостатками эмульсий являются высокая стоимость эмульсификаторов и ухудшение физических свойств при низких температурах. Эмульсии, особенно содержащие воду, имеют тенденцию к повышению вязкости при температуре около О С. Для создания стабильной эмульсии необходимо примерно равное количество эмульсификатора и спирта, поэтому большое значение имеет влияние эмульсификатора на вредные выбросы двигателя и его экономические показатели.

Эмульсии спиртов бывают двух типов [54]: стабильные и нестабильные. Стабильные эмульсии являются микроэмульсиями и нуждаются в поверхностно-активных веществах, они не разделяются при нормальных условиях. Нестабильные эмульсии разделяются, если их не перемешивают в течение определенного периода. Преимущество нестабильных эмульсий состоит в том, что они не требуют дорогих поверхностно-активных веществ. Для получения нестабильных эмульсий используют специальные устройства - эмульгаторы, устанавливаемые в топливную систему дизеля [53]. Стабильные эмульсии легко перекачиваются обычным топливным насосом дизельного двигателя и топливовпрыскивающей системой. При использовании нестабильных эмульсий возникают проблемы, связанные с необходимостью очистки топливопроводов для предотвращения разделения эмульсии после остановки двигателя. Последующий запуск с разделившейся эмульсией может вызвать пропуски вспышек, нестабильную работу двигателя. Изменение конструкции двигателя для работы на эмульсиях не требуется, однако необходимо дооборудование топливного насоса переключателем, обеспечивающим соответствующую подачу в зависимости от рода топлива.

Эмульсии имеют, по сравнению с дизельным топливом, более низкую теплоту сгорания и цетановое число, например при содержании 20 % метанола в топливе его теплота сгорания на 16 % ниже, чем теплота сгорания ди 19 зельного топлива, а цетановое число составляет 30 единиц. Применение эмульсий приводит к снижению мощности двигателя. Добавка 20 % метанола понижает мощность примерно на 7.. Л1 % , и КПД двигателя примерно на 5 % [62,63]. Отмечается повышение выбросов NOx, так как снижается цетановое число топлива, увеличивается период задержки воспламенения, максимальные давление и температура цикла [64]. Выбросы углеводородов также повышаются из-за более высокой теплоты парообразования, что вызывает замедленное испарение и смешивание топлива с воздухом. Выбросы оксида углерода в основном не изменяются при мощности ниже номинальной. При полной нагрузке выбросы СО снижаются из-за повышения коэффициента избытка воздуха. Выбросы сажи в основном снижаются пропорционально количеству спирта в эмульсии [53,54]. Это можно объяснить тем, что метанол являясь кислородсодержащим топливом сгорает без дыма на большинстве рабочих режимов.

Продукты каталитического разложения (ПКР) спирта. Метанол может подвергаться разложению при повышенных температурах в присутствии катализатора, при этом образуются водород и оксид углерода. Реакция разложения метанола эндотермическая, поэтому возможно осуществление термохимической регенерации теплоты отработавших газов следующим образом. Метанол из топливного бака поступает в термохимический реактор, обогреваемый проходящими через него отработавшими газами, где в присутствии катализатора разлагается на моноксид углерода и водород по реакции:

Так как реакция идет с поглощением теплоты, то ее продукты имеют теплоту сгорания выше на 22 %, чем исходное вещество - метанол, то есть происходит преобразование тепловой энергии отработавших газов в химическую энергию получаемого синтез-газа [55]. Синтез-газ, смешиваясь с возду 20 хомэ направляется в цилиндры двигателя, где воспламеняется запальной порцией дизельного топлива и, сгорая, выделяет накопленную энергию. Таким образом часть теплоты отработавших газов возвращается в цикл двигателя. Описанный выше способ позволяет повысить КПД двигателя до уровня 45...50% (на номинальном режиме) и существенно снизить выбросы токсичных компонентов. Недостатками способа являются усложнение конструкции и то, что осуществление реакции возможно при температурах выше 250 С, то есть не на всех режимах работы дизеля. При добавке продуктов конверсии метанола на впуск дизеля уменьшаются выбросы сажи при увеличении выбросов NOx, СО и СН [61,74].

Подача испаренного метанола на впуск. Среди других методов использования метанола в дизельных двигателях данный является особенно привлекательным так как сохраняется возможность работы на чистом дизельном топливе, а также возможен плавный переход с однотопливного режима на двухтопливный [51]. Метанол испаряется в специальном устройстве - испарителе за счет теплоты отработавших газов или охлаждающей жидкости и подается во впускной трубопровод. Применение такой системы позволяет конвертировать практически любой дизельный двигатель для работы с добавкой метанола без существенных затрат. Модернизированный дизель по характеристикам приближается к газовым двигателям с низкой токсичностью выхлопа и высокими экономическими показателями. К недостаткам способа можно отнести невозможность работы системы на непрогретом двигателе и опасность конденсации метанола на стенках трубопровода, что может привести к повышенному износу цилиндро-поршневой группы.